投稿者: 筑波大学計算科学研究センター

Professor BOKU and Professor KUSAKA received the prize of best papers in NPC2021

A joint work by Prof. Taisuke BOKU in Division of High Performance Computing Systems, and Prof. Hiroyuki KUSAKA and Researcher Dr. Takuto SATO in Division of Global Environmental Science, was published at 2021 International Conference on Network and Parallel Computing (IFIP NPC2021, held in Paris on November 2021) and awarded to one of the best papers in the conference. This work improves the performance of City-LES simulation code for detailed urban region atmosphere simulation developed in CCS, and ported to full GPU-version under collaboration of codesigning by two research divisions, achieving up to 17 times faster computing performance than CPU-version on Cygnus supercomputer.

【受賞】朴教授、日下教授らの共同研究の成果が国際会議NPC2021の Best papers に選出

高性能計算システム研究部門の 朴 泰祐教授と 地球環境研究部門の日下博幸教授、佐藤拓人研究員らの共同研究の下で、国際会議 IFIP NPC2021 (International Conference on Network and Parallel Computing, 2021年11月パリ開催）において発表した論文が同会議のBest Papersに選ばれ表彰されました。本論文は本センターで開発している都市気象詳細シミュレーションコードであるCity-LESを完全GPU化して，スーパーコンピュータCygnus上でCPUに比べ最大17倍の高速化を達成したもので，本センターで進めるコデザインのための共同研究の大きな成果です。

【受賞】日下教授ほか4名がCSIS DAYS 2021において、優秀共同研究発表賞を受賞

地球環境研究部門の日下博幸教授、佐藤拓人研究員、中村祐輔特任助教、中村真悟さんらが、2021年11月19日から20日に行われたCSIS DAYS 2021(東京大学空間情報科学研究センター全国共同利用研究発表大会)にて、優秀共同研究発表賞を受賞しました。

題目: 都市構造が都市内部の暑熱環境に与える影響の調査（その２) ドライミストの効果

研究詳細はこちら

研究トピックス「新しい気象学の手法を模索する自己組織化マップ」公開

計算科学研究センター（CCS）に所属する教員・研究員の研究をわかりやすく紹介する「研究者に聞く− 研究トピックス」に「Vol.6 新しい気象学の手法を模索する自己組織化マップ」を公開しました。

地球環境研究部門　のドアン助教の研究を紹介しています。

「研究者に聞く− 研究トピックス」

「Vol.6 新しい気象学の手法を模索する自己組織化マップ」

新しい気象学の手法を模索する自己組織化マップ

ドアン・グアン・ヴァン 助教

地球環境研究部門

ドアン助教は、地球環境研究部門の研究者です。もともと日本で建築物について研究し都市環境、とくに都市の温暖化やモデリングに強い関心を持っていたそうです。そんな経緯の末、現在は日下先生たちとともに、都市気候や応用気象という分野を研究されています。2021年に地球温暖化予測の研究がノーベル賞を受賞したことで、ますます注目を浴びている気象学研究の一端をご紹介しましょう。

（2021.12.10 公開）

 

大量の天気図から有用な気象パターンを抽出する

気象学というと天気予報が真っ先に頭に浮かぶと思います。天気図をみて、予報士が明日の降水確率を発表するといったもの。しかし気象学は本来、その天気の原因となる背後のメカニズムを解明することも大きな役割の一つです。そのために重要となる研究が今回紹介する「自己組織化マップ」（注1です。これは気象学に限らず、物理学など幅広い分野で用いられているデータ解析手法の一つです。たとえば、気圧配置（注2が載っている様々な天気図があります。それらを人の眼でみて分類するのではなく、機械によって大量のデータを一気に分類していこうという試みです。人間の神経細胞をもとにモデル化された人工ニューラルネットワークを用いて、数十年に及ぶ四季折々の大量の天気図を入力し、それらにどのような関係性があるかを分類、解析します。これをクラスタリング（注３といいます。図１のように、似たような気圧配置を示すパターンは、近い距離にある点群として集まっていき、最終的にある平面において、分類されたパターンが浮かびあがってきます。これが自己組織化マップ（SOMともいいます）です。これによって気候変動を与える主な原因を抽出することが容易となり、背後の気象メカニズム解明の大きな助けになると期待されています。

図１：気圧配置のデータを入力し、自己組織化マップを作成する概念図　丸の距離が近いほど、同じ天気図のパターンを示している

 

従来の分類手法よりも、精度の高いクラスタリングを実現！

ドアン助教は、この手法を改良することで、よりよい分類ができるような機械学習のアルゴリズムを研究しています。従来の手法では、図２の左に示す３つのパターンをうまく区別することができませんでした。黄色線と赤線の距離（水色の部分）が同じとして扱われてしまっていたのです。そこでドアン助教らは、新しい距離を導入して、このような差をはっきりと区別できる仕組みを開発しました。

日本列島周辺の40年に及ぶ数万の天気図を用いて学習させた最新の研究では、図2の右図のように、黄色と緑で示した従来の手法（COR-SOM, ED-SOM）よりもオレンジで示したドアン助教らの新しい手法（S-SOM）によるクラスタリングの精度がぐんと向上しているのがわかります。こうした大量の天気図から適切なパターンをうまく抽出する手法ができることで、将来の気象学の発展に役立つことが期待されています。こういった研究を通して、ドアン助教は都市の温暖化や、その温暖環境の原因解明に向けて、日夜取り組んでいます。

 

図２

ドアン助教は、2021年度の筑波大学若手教員奨励賞を受賞されました。おめでとうございます。

用語

１）自己組織化マップ：入力した大量のデータを並べて平面上で近い位置に集めることで指定した個数のグループに分類するための機械学習手法の一種

２）気圧配置：場所ごとの気圧を等圧線で図示したもので、低気圧や高気圧などの位置関係を表す

３）クラスタリング：様々なデータをグループに分けること

 

さらに詳しく知りたい人へ

 

Record-Breaking Simulations of Large-Scale Structure Formation in the Universe

Researchers led by the University of Tsukuba present computer simulations that capture the complex dynamics of elusive neutrinos left over from the Big Bang

Tsukuba, Japan – Current simulations of cosmic structure formation do not accurately reproduce the properties of ghost-like particles called neutrinos that have been present in the Universe since its beginning. But now, a research team from Japan has devised an approach that solves this problem.

In a study published this month in SC ’21: Proceedings of the International Conference for High Performance Computing, Networking, Storage and Analysis, researchers at the University of Tsukuba, Kyoto University, and the University of Tokyo report simulations that precisely follow the dynamics of such cosmic relic neutrinos. This study was selected as a finalist for the 2021 ACM Gordon Bell Prize, which recognizes outstanding achievement in high-performance computing.

Neutrinos are much lighter than all other known particles, but their exact mass remains a mystery. Measuring this mass could help scientists develop theories that go beyond the standard model of particle physics and test explanations for how the Universe evolved. One promising way to pin down this mass is to study the impact of cosmic relic neutrinos on large-scale structure formation using simulations and compare the results with observations. But these simulations need to be extremely accurate.

“Standard simulations use techniques known as particle-based N-body methods, which have two main drawbacks when it comes to massive neutrinos,” explains Dr. Naoki Yoshida, Principal Investigator at the Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe, the University of Tokyo. “First, the simulation results are susceptible to random fluctuations called shot noise. And second, these particle-based methods cannot accurately reproduce collisionless damping—a key process in which fast-moving neutrinos suppress the growth of structure in the Universe.”

To avoid these issues, the researchers followed the dynamics of the massive neutrinos by directly solving a central equation in plasma physics known as the Vlasov equation. Unlike previous studies, they solved this equation in full six-dimensional phase space, which means that all six dimensions associated with space and velocity were considered. The team coupled this Vlasov simulation with a particle-based N-body simulation of cold dark matter—the main component of matter in the Universe. They performed their hybrid simulations on the supercomputer Fugaku at the RIKEN Center for Computational Science.

“Our largest simulation self-consistently combines the Vlasov simulation on 400 trillion grids with 330 billion-body calculations, and it accurately reproduces the complex dynamics of cosmic neutrinos,” says lead author of the study, Professor Koji Yoshikawa. “Moreover, the time-to-solution for our simulation is substantially shorter than that for the largest N-body simulations, and the performance scales extremely well with up to 147,456 nodes (7 million CPU cores) on Fugaku.”

In addition to helping determine the neutrino mass, the researchers suggest that their scheme could be used to study, for example, phenomena involving electrostatic and magnetized plasma and self-gravitating systems.

Original Paper

The article, “A 400 trillion-grid Vlasov Simulation on Fugaku Supercomputer: Large-scale Distribution of Cosmic Relic Neutrinos in a Six-dimensional Phase Space,” was published in SC ’21: Proceedings of the International Conference for High Performance Computing, Networking, Storage and Analysis at DOI: 10.1145/3458817.3487401

Funding and acknowledgements

This research is supported by MEXT as “Priority Issue on postK computer” (Elucidation of the Fundamental Laws and Evolution of the Universe) and “Program for Promoting Researches on the Supercomputer Fugaku” (Toward a unified view of the universe: from large scale structures to planets). This research is also supported by the JSPS KAKENHI Grant Number JP18H04336 and JP21H01079, by JST CREST JPMJCR1414 and by JST AIP Acceleration Research Grant JP20317829. Our code has been developed partially on ATERUI supercomputer at Center for Computational Astrophysics (CfCA), National Astronomical Observatory of Japan in its early stage. This research also used computational resources of the Oakforest–PACS through the HPCI System Research Project (project ID: hp170123 and hp190093) and Multidisciplinary Cooperative Research Program in Center for Computational Sciences, University of Tsukuba (project ID: 17a40 and xg18i019).

Correspondence

Associate Professor YOSHIKAWA Kohji
Center for Computational Sciences, University of Tsukuba

 

【受賞】宍戸助教とドアン助教が令和3年度若手教員奨励賞を受賞

計算情報学研究部門の宍戸 英彦助教および地球環境研究部門のドアン グアン ヴァン助教の2名が、令和3年度筑波大学若手教員奨励賞を受賞しました。

本賞は顕著な業績を上げ、筑波大学の研究力の向上に貢献した若手教員に送られます。

（左からドアン助教、朴センター長、宍戸助教）

SC21 Virtual Exhibition

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Center for Computational Sciences, University of Tsukuba (CCS) is a multidisciplinary research center for advanced HPC and natural science researches.

Video

A 400 trillion-grid Vlasov simulation on Fugaku supercomputer | CCS, Univ. Tsukuba

Comprehensive in silicon drug repositioning for COVID-19 related proteins

180° Camera Tour of Cygnus

Our New Supercomputer Cygnus 

City-LES

 

Research Posters

  1. Mission & Chronology of CCS
  2. Supercomputer at CCS: Cygnus
  3. Particle Physics
  4. Astrophysics
  5. Nuclear Physics
  6. Quantum Condensed Matter Physics
  7. Biological Function and Information
  8. Molecular Evolution
  9. Global Environmental Science 
  10. High Performance Computing Systems 1
  11. High Performance Computing Systems 2
  12. Database
  13. Computational Media
  14. Supercomputer Oakforest-PACS
  15. Application on Oakforest-PACS
  16. Our next supercomputer Cygnus-BD

       

        

        

  

 

 

Report of the Review Committee & CCS Reports for Review

 

 

[All pages: PDF 19MB]

 

Contact

pr[at]ccs.tsukuba.ac.jp 

 

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  11. High Performance Computing Systems 2
  12. Database
  13. Computational Media
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  15. Application on Oakforest-PACS
  16. Our next supercomputer Cygnus-BD

       

        

        

  

 

 

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Our new simulation video is now available [Astrophysics]

This simulation is a visualization of 1/1000th of the volume of full system simulation data using the supercomputer Fugaku.
The neutrinos, depicted in white, are drawn by gravity to the red dark matter filament structure.

 

Movie production year: 2021

 

Related research paper: “A 400 Trillion-Grid Vlasov Simulation on Fugaku Supercomputer: Large-Scale Distribution of Cosmic Relic Neutrinos in a Six-dimensional Phase Space”, Kohji Yoshikawa, Satoshi Tanaka, Naoki Yoshida, SC ’21: Proceedings of the International Conference for High Performance Computing, Networking, Storage and Analysis
DOI: https://doi.org/10.1145/3458817.3487401

「富岳」を用いた宇宙ニュートリノの数値シミュレーション動画を公開

2021年ゴードン・ベル賞ファイナリストに選出された研究成果の一部を可視化し、動画として公開しました。

 

関連：【プレスリリース】「富岳」を用いた宇宙ニュートリノの数値シミュレーションに成功　〜2021年ゴードン・ベル賞ファイナリストに選出〜

「富岳」を用いた宇宙ニュートリノの数値シミュレーションに成功　〜2021年ゴードン・ベル賞ファイナリストに選出〜

2021年10月28日

国立大学法人筑波大学
国立大学法人京都大学
国立大学法人東京大学
国立研究開発法人理化学研究所

 

概要

本研究では、ブラソフシミュレーションと呼ばれる全く新しい手法を世界で初めて採用し、スーパーコンピュータ「富岳」の全システムを用いて宇宙大規模構造におけるニュートリノの運動に関する大規模数値シミュレーションを実行することに成功しました。ブラソフシミュレーションは、従来の計算手法（N体シミュレーション）に比べて、ノイズのない数値シミュレーションを実行することが可能ですが、計算量や必要なメモリ容量がかなり大きくなることが問題でした。本研究では、革新的な計算アルゴリズムと「富岳」に最適化したコーディング手法と並列化手法を用いて、90％を超える並列化効率を達成し、さらに、富岳の全システムを用いた数値シミュレーションによって、計算領域を約400兆個ものメッシュに分割した世界最大のブラソフシミュレーションを実施することに成功し、N体シミュレーションによる過去最大規模のニュートリノの数値シミュレーションと同等規模の数値シミュレーションに要する時間を約10分の１に短縮することができました。

なお、本研究論文は、スーパーコンピュータを用いた科学・技術分野の研究の中で、その年に最も顕著な成果を上げた研究グループに与えられる米国計算機学会のゴードン・ベル賞の最終候補（ファイナリスト）に選出されました。ゴードン・ベル賞の最終発表は米国ミズーリ州セントルイスのアメリカズセンター及びオンラインで開催される国際会議において、現地時間11月18日12時30分より行われます。

図　本研究の数値シミュレーションで得られた宇宙大規模構造におけるダークマター（CDM）とニュートリノの空間分布。スーパーコンピュータ「富岳」のほぼ全システムを用いて、それぞれ約3000億個の粒子と約400兆個のメッシュでダークマターとニュートリノの運動を計算した。h-1 Mpc は長さの単位で1 h-1 Mpcは約466万光年。


プレスリリース全文はこちら

Job opening of Assistant Professor (tenure track) position (Deadline:Nov.22nd.JST)

Position Title: Assistant professor (tenure track)

Affiliation: Division of Astrophysics, Center for Computational Sciences, University of Tsukuba

Field of Expertise: Computational Astrophysics

Research: Computational astrophysics. Especially, those who can contribute to theoretical astronomy and cooperation among different fields through research on computational astrophysics using leading-edge methods of machine learning as well as numerical calculation. At the Center for Computational Science (CCS), we conduct research on the formation and evolution of various astronomical objects such as galaxies, black holes, and large-scale structures using numerical calculations. Besides, in collaboration with the medical science, we are developing a machine learning method for optical bioimaging based on astrophysical radiation transfer calculations as a part of the “Computational Medical Science Promotion Project”. We are looking for a best candidate who promotes research in computational astrophysics using numerical calculations and machine learning, and contributes to promotion of multidisciplinary computational science, including the Computational Medical Science Promotion Project. To offer the position, we hope that you are willing to collaborate with the fields of medicine and information technology. In addition, the appointee will be engaged in teaching at the Degree Program in Physics, Graduate School of Science and Technology and the College of Physics, School of Science and Engineering.

Starting date: April 1st, 2022 or later, as soon as possible

Period: The term is 5 years. The tenure track assistant professor may become a tenured assistant professor after passing a review for tenure which will be performed in the last year of the tenure-track period.

Requirement: Applicants must have a doctoral degree or be expected to obtain a doctoral degree by the time of appointment.

Compensation

・Salary: Annual salary system (The annual salary will be determined based on the regulations of the University, taking into account the career of the employee.)

・Working hours: Discretionary labor system

・Holidays: Saturday, Sundays, national holidays, New Year’s holidays (Dec.29 – Jan. 3), and holidays determined by the University.

 

Submissions:

1) Resume/CV (with photograph)

2) List of research achievements (distinguish between peer-reviewed papers and others)

3) Electronic reprints or copies of five major papers (PDF file, at least four of which were published within the last five years)

4) Summary of research to date (within 2 sheets of A4 paper)

5) Research and education proposal (about 1 sheet of A4 paper for each)

6) Status of acquisition of external funding

7) Contact information for two references (name, affiliation, email address, telephone number, etc.)

8) Consent for the handling and extraterritorial transfer of personal data in accordance with the EU-General Data Protection Regulation (GDPR) (*Submit this form if you are a resident of member countries of the European Economic Area or the United Kingdom. Please contact us to order the consent form before the submission).

 

Submission deadline: Monday, November 22nd, 2021 (JST).

Please write “Application for Assistant Professor Position in Computational Astrophysics” on the subject and send a zip file with a password for the documents (1-8) in the pdf format via e-mail to apply_2021_AP01[at]ccs.tsukuba.ac.jp ([at] should be replaced by @). The password should be separately sent to ohsuga.ken.gm[at]u.tsukuba.ac.jp ([at] should be replaced by @ as well).

 

Contact address: Ken OHSUGA

(Tel: +81-29-853-6495, Email: ohsuga.ken.gm[at]u.tsukuba.ac.jp ([at] should be replaced by @))

 

Miscellaneous: The Center for Computational Sciences has been approved as a Joint Collaborative Research Center by the Ministry of Education, Culture, Sports, Science, and Technology. We promote interdisciplinary computational sciences, including joint use of our supercomputer systems. The University of Tsukuba conducts its personnel selection process in compliance with the Equal Employment Opportunity Act.

宇宙物理研究部門　助教(テニュアトラック)公募（締切11月22日）

公募人員：助教（テニュアトラック）１名

 

所属組織：筑波大学計算科学研究センター・宇宙物理研究部門

 

専門分野：計算宇宙物理分野。特に，数値計算ならびに機械学習の先端的手法を用いた計算宇宙物理学の研究により，理論天文学に貢献するとともに異分野連携にも積極的に取り組んで頂ける方を求めます。 計算科学研究センターでは，銀河やブラックホール，大規模構造など，諸天体の形成・進化過程について数値計算を用いた研究を行っています。また，異分野連携として，医学分野と協働し，宇宙輻射輸送計算を発展させた生体イメージングの機械学習手法の開発などを「計算メディカルサイエンス推進事業」の一環として行っています。 本公募は，数値計算と機械学習を用いた計算宇宙物理学の研究を推進するとともに，計算メディカルサイエンス推進事業をはじめとする学際的な計算科学の推進にも貢献して頂ける方を求めます。着任後は意欲的に医学，情報工学の分野とも連携して頂ける方を希望します。また，数理物質科学研究群物理学学位プログラムおよび理工学群物理学類において，教育を担当していただきます。

 

着任時期：2022年4月以降のできるだけ早い時期

 

任期など：任期は５年。テニュアトラック期間の最終年に実施されるテニュア獲得の審査に合格するとテニュア付き助教となる。

 

応募資格：博士の学位を有する者あるいは着任時までに学位取得見込みの者

 

応募書類：

  • 履歴書（写真添付）
  • 業績リスト（査読論文とその他を区別すること）
  • 主要論文別刷５編（うち４編以上は最近５年以内のもの）
  • これまでの研究の概要（A4用紙２枚程度）
  • 着任後の研究計画と教育に関する抱負（それぞれA4用紙１枚程度）
  • 外部資金の獲得状況
  • 照会可能者２名以上の氏名・所属・連絡先
  • ＥＵ―般データ保護規則（GDPR）に基づく個人データの取扱い及び域外移転に関する同意書（※欧州経済領域の構成国及び英国在住者は提出してください。同意書については，応募前に下記の問合わせ先に連絡をしてください）

 

応募締切：2021年11月22日（月）必着

 

応募方法：サブジェクト名を「計算宇宙物理助教公募」として，上記のファイルを圧縮し，暗号化した上で“apply_2021_AP01[at]ccs.tsukuba.ac.jp([at]を＠に変更してください)”までメールで送付してください。パスワードは“ohsuga.ken.gm[at]u.tsukuba.ac.jp([at]を＠に変更してください)”にお送りください。

 

問い合わせ先：大須賀 健（TEL: 029-853-6495, Email: ohsuga.ken.gm[at]u.tsukuba.ac.jp ([at]を＠に変更してください)）

 

その他：計算科学研究センターは，文部科学省共同利用・共同研究拠点に認定されており，計算機共同利用を含む学際計算科学を推進しています。筑波大学では男女雇用機会均等法を遵守した人事選考を行っています。

 

生命科学研究部門　助教(テニュアトラック)公募　（締切11月30日）

公募人員：助教（テニュアトラック）１名


所属組織：筑波大学計算科学研究センター

専門分野：　当センターでは,　計算メディカルサイエンス事業部 計算生体分子医科学分野において, バイオインフォマティクス, 分子シミュレーション, 第一原理計算, 機械学習のいずれかを用いた生体内分子の機能メカニズムの解明とその基礎医学・創薬への展開を実施する, 助教（テニュアトラック）を募集します。また，応募者の適性を判断して, 理工学群物理学類・物理学学位プログラム,あるいは, 生命環境学群生物学類・生物学学位プログラム, もしくは, ヒューマンバイオロジー学位プログラム・ヒューマニクス学位プログラムにおいて，教育・研究指導を担当していただきます。学際領域である計算医理工分野における研究教育に意欲的に取り組んで頂ける方を希望します。

 

着任時期：2022年4月以降できるだけ早い時期

任期　　：５年(審査を経て任期のない助教に転換する)

応募資格：博士の学位を有する者, あるいはそれと同等の力量をもつ者

提出書類：1）履歴書（写真貼付）

　2）業績リスト（査読論文とその他を区別すること）

　3）主要論文別刷5編（うち4編以上は最近5年以内のもの）とその要約(A4１ページ)

　4）これまでの研究の概要（A4用紙 1枚分程度）

　5）着任後の研究計画と教育に関する抱負（それぞれ、A4用紙 1枚分程度）

　6）外部資金の獲得状況

　7）照会可能者2名以上の氏名・連絡先

8）ＥＵ―般データ保護規則（GDPR）に基づく個人データの取扱い及び域外移転に関する同意書（※欧州経済領域の構成国及び英国在住者は提出してください。同意書については、応募前に下記の問合わせ先に連絡をしてください）

応募締切：2021年11月30日（火）必着


応募方法：サブジェエクト名を「計算メディカル助教公募（生体分子医科学）」として、

                 上記のファイルを圧縮し、暗号化した上で

                      apply_2021_L01@ccs.tsukuba.ac.jp

までメール送付してください。パスワードは、

                      shigeta@ccs.tsukuba.ac.jp

にお送りください。

【問合せ先】重田 育照（Tel： 029-853-6496,  Email：shigeta@ccs.tsukuba.ac.jp
）

 

その他：計算科学研究センターは，文部科学省共同利用・共同研究拠点に認定されており，計算機共同利用を含む学際計算科学を推進しています。筑波大学では男女雇用機会均等法を遵守した人事選考を行っています。

Job opening of Assistant Professor (tenure track) position (Deadline:Nov.30th.JST)

Position Title      : Assistant professor (tenure track)

Affiliation          : Division of Life Science, Center for Computational Sciences, University of Tsukuba

Field of Expertise: Computational Bio and Medical Science including bioinformatics, quantum chemistry, molecular simulations, and machine learning.

Research                  : In our center, we seek a tenure track assistant professor to develop computational methods using bioinformatics, classical molecular dynamics (MD) simulations, first-principles calculations, and machine learning (ML), and apply it to actual problems in the field of biomolecular medical sciences. The successful candidate will be a member of the Divisions of Life Science. He/She will collaborate with experimental researchers in the field as well as companies. We are looking for a best candidate who is willing to engage in research in the interdisciplinary field of computational medical science. Based on the candidates’ expertise, he/she can teach in the faculty of physics, chemistry, or biology.

Starting date           : April 1st, 2022 or later, as soon as possible

Period                      : 5 years (After evaluation, He/She can become a tenured assistant professor)

Requirement          : Applicants must have a doctoral degree or equivalent expertise.

Compensation

・Salary:                Annual salary system (The annual salary will be determined based on the regulations of the University, taking into account the career of the employee.)

・Working hours            : Discretionary labor system

・Holidays             : Saturday, Sundays, national holidays, New Year’s holidays (Dec.29  Jan. 3), and holidays determined by the University.

 

Submissions            : 1) Resume/CV (with photograph)

　                             2) List of research activities including peer-reviewed papers, peer-reviewed proceedings, oral presentations at international conferences, competitive research funds (representative), awards, and so on.

 3) Up to five major papers (at least four of which were published within the last five years)

　                             4) Summary of research to date (within 1 sheet of A4 paper)

　                             5) Research and education proposal (about 1 sheet of A4 paper for each)

　                            6) Contact information for two references (name, affiliation, email address, telephone number, etc.)

　                             7) Consent for the handling and extraterritorial transfer of personal data in accordance with the EU-General Data Protection Regulation (GDPR) (*Submit this form if you are a resident of member countries of the European Economic Area or the United Kingdom. Please contact us to order the consent form before the submission).

 

Submission deadline: Tuesday, November 30th, 2021 (JST).

Please write “Application for Assistant Professor Position in Computational Medical Science (Biomolecular Medical Science)” on the subject and send a zip file with a password for the documents (1-6) in the pdf format via e-mail to apply_2021_L01 [at]ccs.tsukuba.ac.jp ([at] should be replaced by @). The password should be separately sent to shigeta[at]ccs.tsukuba.ac.jp ([at] should be replaced by @ as well).

 

Contact address: Yasuteru Shigeta

(Tel: +81-29-853-6496, Email: shigeta[at]ccs.tsukuba.ac.jp)

 

Miscellaneous: The Center for Computational Sciences has been approved as a Joint Collaborative Research Center by the Ministry of Education, Culture, Sports, Science, and Technology. We promote interdisciplinary computational sciences, including joint use of our supercomputer systems. The University of Tsukuba conducts its personnel selection process in compliance with the Equal Employment Opportunity Act.

研究トピックス「光と電子の相互作用で導くアト秒科学！」公開

計算科学研究センター（CCS）に所属する教員・研究員の研究をわかりやす句紹介する「研究者に聞く− 研究トピックス」に「Vol.5 光と電子の相互作用で導くアト秒科学！」を公開しました。

量子物性研究部門　の佐藤助教の研究を紹介しています。

「研究者に聞く− 研究トピックス」

「Vol.5 光と電子の相互作用で導くアト秒科学！」

光と電子の相互作用で導くアト秒科学！

佐藤 駿丞 助教

量子物性研究部門

世の中には、金属、絶縁体、半導体といった異なる性質をもつ多くの物質であふれています。これらを研究する分野が物性物理学と呼ばれています。とくに電子の運動など、ミクロな世界をきちんと解明するためには、量子力学を用いた大型計算機のシミュレーションが欠かせません。これにより、物質の新しい性質の解明や、新しい物質のデザインを行っています。とくに佐藤助教は、光と物質の相互作用の計算を行い、将来のエレクトロニクスに期待される次世代物性の研究を進めています。

（2021.9.29 公開）

 

超短時間、アト秒世界での光と物質の相互作用を解明する

佐藤助教は、約5年間ドイツのマックスプランク物質構造・ダイナミクス研究所に在籍して海外研究者と共同研究を進めてきました。今回は、その大きな成果の一つである「光と物質の相互作用の計算シミュレーション」についてご紹介します。物性物理の最先端のテーマとして、「アト秒(注1科学」というものがあります。これは10のマイナス18乗秒という、とてつもなく短い時間における現象を解明するものです。具体的には、フェムト秒(注２での時間幅をもった光パルスを、ダイヤモンドやチタンといった物質に照射することで、物質中の電子の動きを制御するというアイデアです。（図１）

図1：パルス光がチタン薄膜へ照射される様子の模式図 ©Mikhail Volkov

アト秒科学の研究は、将来的には、たとえば光による電流の制御や、光によって生み出される新たな物質の秩序形成といった基盤研究に役立ち、未来のエレクトロニクスとして注目されています。

 

パルス光により、電子が超高速に集まる！

2019年にチューリッヒ工科大学の実験グループとの共同研究として、厚さ100ナノメートル（注３という極薄の金属チタンに対して、フェムト秒で変化するパルス光を照射する実験を行いました。この実験結果を検証するには、電子が金属内でどのように運動しているかを理論的に解く必要があります。そのためには、ミクロ世界の法則である量子力学に基づいた計算を行わなくてはいけません。超高速の時間変化を再現するためには、大型計算機の力が必要となります。この大規模な電子運動計算を行った結果、チタン原子のまわりに電子が集まっていることが明らかになりました。（図２）

これを光誘起電子ダイナミクスと呼び、フェムト秒の時間ごと、電子が集まっている赤い領域が局在化している様子がはっきりとみてとれます。パルス光で金属内部の電子の局在化を強めたりすることで、物質の光学的な性質を超高速に制御させる新たな試みとして注目されています。佐藤助教は、こうした光によって引き起こされる、様々な物質の性質を制御するための新しい物性の研究に日夜取り組んでいます。

図２：チタン原子に電子が集まる様子（赤の領域が電子が多く集まっている）

用語

１）アト秒：10の18乗分の１秒

２）フェムト秒：10の15乗分の1秒

３）ナノメートル：10の9乗分の１メートル

 

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13th symposium on Discovery, Fusion, Creation of New Knowledge by Multidisciplinary Computational Sciences: Program of Parallel sessions

CCS International Symposium 2021 Parallel Sessions

Session 1: Particle physics, Convenor: OHNO Hiroshi    【Zoom】

Time

(5 + 2 min. each)

Speaker

(Affiliation)

Title

16:15 – 16:22

OHNO Hiroshi

(Univ. of Tsukuba)

Critical endpoint of finite temperature phase transition for four-flavor QCD

16:22 – 16:29

NAKAMURA　Yoshifumi

(RIKEN)

Study of QCD with finite temperature

16:29 – 16:36

KANAYA Kazuyuki

(Univ. of Tsukuba)

Thermodynamics of 2+1 flavor QCD with the gradient flow

16:36 – 16:43

FUKAYA Hidenori

(Osaka Univ.)

Topological excitation of high temperature QCD near the physical point

16:43 – 16:50

AKIYAMA Shinichiro

(Univ. of Tsukuba)

Particle Physics with Tensor Network Scheme

16:50 – 16:57

SHIBATA Akihiro

(KEK)

Lattice study of confinement mechanism based on the dual superconductivity

16:57 – 17:04

NEMURA Hidekatsu

(Osaka Univ.)

Implementation of Lattice QCD common code to large scale parallel supercomputer with manycore architecture

17:04 – 17:11

KANEKO Takashi

(KEK)

B meson mixing from lattice QCD with relativistic heavy quarks

17:11 – 17:18

YAMADA Norikazu (KEK)

Peeking into the θ vacuum

17:18 – 17:25

UKITA Naoya

(Univ. of Tsukuba)

Calculation of QCD hadron spectrum in master field formalism

17:25 – 17:32

ISHIZUKA Naruhito

(Univ. of Tsukuba)

Calculation of K meson decay amplitudes

17:32 – 17:39

YAMAZAKI Takeshi

(Univ. of Tsukuba)

Calculation of pion and kaon electromagnetic form factors in N_f=2+1 lattice QCD

17:39 – 17:46

SHINTANI Eigo

(Univ. of Tsukuba)

Hadronic vacuum polarization contribution to muon g-2 in  lattice QCD

17:46 – 17:53

ISHIKAWA Ken-Ichi

(Hiroshima Univ.)

Search for physics beyond the standard model from 2+1 Flavor Lattice QCD with the Physical Quark Masses


Session 2: Astrophysics, Convenor: WAGNER Alexander    【Zoom】

Time

(5 + 2 min. each)

Speaker

(Affiliation)

Title

16:15 – 16:22

TANIKAWA Ataru
(The University of Tokyo)

Astronomical transients in star clusters

16:22 – 16:29

OKAMOTO Takashi
(Faculty of Science, Hokkaido University)

Modelling supernova feedback in galaxy simulations

16:29 – 16:36

OHSUGA Ken
(CCS, University of Tsukuba)

Structure Formation in the Universe using Radiation Hydrodynamic Simulations

16:36 – 16:43

YAJIMA Hidenobu
CCS, University of Tsukuba)

Radiative transfer simulations and machine learning for in-vivo bioimaging

16:43 – 16:50

MORI Masao
(CCS, University of Tsukuba)

Evolution of the local galaxies

16:50 – 16:57

KIUCHI Kenta
(Yukawa Institute for Theoretical Physics)

Implementation of advanced Riemann solver in numerical relativity code

16:57 – 17:04

FUJIMOTO Yusuke
(Carnegie Institution for Science)

Formation and evolution of the local interstellar environment: combined constraints from nucleosynthetic and X-ray data


Session 3: Nuclear physics,  Convenor: HINOHARA Nobuo    【Zoom】

Time

(5 + 2 min. each)

Speaker

(Affiliation)

Title

16:15 – 16:22

TSUJI Ryutaro

(Tohoku Univ.)

Nucleon Structure from lattice QCD at the physical point

16:22 – 16:29

DOI Takumi

(RIKEN)

First-principles Lattice QCD calculation of Hadron interactions

16:29 – 16:36

AOYAMA Shigeyoshi

(Tokyo Univ. of Agriculture and Technology)

A fundamental research for the tritium contaminated water problem by nuclear ab-initio calculation

16:36 – 16:43

TANIGUCHI Yasutaka

(NIT, Kagawa College)

12C + 12C Fusion Astrophysical S factor from a Full-microscopic Nuclear Model

16:43 – 16:50

MAGIERSKI Piotr

(Warsaw Univ. of Technology)

Superfluid dynamics of nuclear systems

16:50 – 16:57

NAKATSUKASA Takashi

(Univ. of Tsukuba)

Cluster formation and dynamics in low-energy nuclear reaction

16:57 – 17:04

TSUNODA Yusuke

(Univ. of Tokyo)

Nuclear shapes and collective motions in the region of Sm

17:04 – 17:11

SHIMIZU Noritaka

(Univ. of Tokyo)

Microscopic description of the collective motions of medium-heavy nuclei based on shell-model calculations

17:11 – 17:18

ABE Kohei

(Chiba Univ.)

Microscopic study on the origin of the rotational band of nuclei

17:18 – 17:25

TERASAKI Jun

(Czech Tech. Univ. in Prague) 

Estimation of nuclear matrix elements of double-β decay from shell model and quasiparticle random-phase approximation

17:25 – 17:32

HINOHARA Nobuo

(Univ. of Tsukuba)

Systematic calculation of two-neutrino double-beta decay nuclear matrix element with the finite-amplitude method of nuclear density functional theory

 

Session 4: Material science, Convenor: OTANI Minoru    【Zoom】

Time

(5 + 2 min. each)

Speaker

(Affiliation)

Title

16:15 – 16:22

HAYASHI Toshiaki

(NTT Corporation)

Higher order perturbation of voltage potential on variable-range hopping transport

16:22 – 16:29

FUKUI Kiyu

(Univ. of Tokyo)

Functional renormalization group study on the feasibility of Kitaev quantum spin liquid

16:29 – 16:36

HOSHI Takeo

(Tottori Univ.)

Novel structure analysis method for two-dimensional material by massively parallel data-driven science

16:36 – 16:43

HASHMI Arqum

(QST)

Spin-valley polarization in 2D materials

16:43 – 16:50

SEKIKAWA Takuya

(Niigata Univ.)

First-principles and quantum many-body calculations for electronic states and superconductivity in Tungsten Bronze AxWO3

16:50 – 16:57

MATSUSHITA Yu-ichiro

(Tokyo Tech)

Theoretical study for the reduction of interface states in SiC/SiO2

16:57 – 17:04

ONO Tomoya

(Kobe Univ.)

First-principles electronic-structure and transport-property calculations using RSPACE code

17:04 – 17:11

UEMOTO Mitsuharu (Kobe Univ.)

Design of Nanophotonic Device by Large-Scale Ab-initio Calculation

17:11 – 17:18

YAMADA Shunsuke

(Univ. of Tsukuba)

First-principles study for maximizing efficiency of high-order harmonic generation from nano-scale thin films

17:18 – 17:25

YABANA Kazuhiro (Univ. of Tsukuba)

Quantum effects in optical response of plasmonic meta-surface

17:25 – 17:32

YAMADA Atsushi

(Univ. of Tsukuba)

Terahertz generation spectroscopy by Maxwell + MD multiscale simulation

17:32 – 17:39

TONG Xiao-Min

(Univ. of Tsukuba)

Carrier-Envelope-Phase Dependent Strong-Field Excitation

17:39 – 17:46

KOIZUMI Hiroyasu (Univ. of Tsukuba)

Cuprate superconductor qubits

17:46 – 17:53

KOBAYASHI Nobuhiko (Univ. of Tsukuba)

Theory of electronic devices by large-scale first-principles charge transport calculations


Session 5: Life science, Chemistry, Biology, Convenor: HARADA Ryuhei  【Zoom】

Time
(5 + 2 min. each)

Speaker (Affiliation)

Title

16:15 – 16:22

SHOJI Mitsuo     (Univ. of Tsukuba)

Theoretical Elucidations of Chemical Reactions by Using Large-scale Molecular Simulations

16:22 – 16:29

KUMADA Hiroaki  (Univ. of Tsukuba)

Research of Realization for Comprehensive Dose Estimation System for Various Radiotherapy with PHITS, a High Accuracy Monte Carlo Code

16:29 – 16:36

OYA Megumi   (RIKEN)

Investigation of Clinical Target Volume Segmentation for Whole Breast Irradiation Using Three‑dimensional Convolutional Neural Networks with Gradient‑Weighted Class Activation Mapping

16:36 – 16:43

SHIGETA Yasuteru (Univ. of Tsukuba)

Drug Repositioning for Covid-19 Main Protease

16:43 – 16:50

WATANABE Hiroshi  (Keio University)

Proton Transfer Dynamics in Bulk Phase Using Adaptive QM/MM Method

16:50 – 16:57

INAGAKI Yuji      (Univ. of Tsukuba)

The Phylogenetic Position of a Microeukaryote Strain SRT706 as Inferred from a 300-gene Analyses

16:57 – 17:04

TSUJIMURA Masaki  (The Univ. of Tokyo)

Protonation State of the Key Residue Asp234 in Light-gated Anion Channelrhodopsin GtACR1

17:04 – 17:11

HARADA Ryuhei   (Univ. of Tsukuba)

Developments of Computational Methods for Drug Design Based on Parallel Cascade Selection Molecular Dynamics (PaCS-MD) and its Applications

Session 6: Numerical analysis, Computational informatics, Convenor: KAMEDA Yoshinari    【Zoom】

Time

Speaker (Affiliation)

Title

16:15-16:22

 

OSAWA Kiyoshi

 (Faculty of Health and Sport Sciences, Univ. of Tsukuba)

Evaluation of baseball players with big data

16:22 – 16:29

 

HAGA Takanori

(Japan Aerospace Exploration Agency)

Speed-up of Compressible Combustion Solver with High-Order Unstructured Method Using GPGPU

16:29 – 16:36

 

SAKURAI Tetsuya

(Univ. of Tsukuba)

Development of next generation parallel algorithms and software for solving large-scale eigenvalue problems

16:36 – 16:43

 

NAKASATO Naohito (Univ. of Aizu)

Performance Evaluation of Various Floating-point Units

16:43 – 16:50

IMAMURA Toshiyuki (RIKEN)

Multi-precision computing and application with GPUs and FPGAs

16:50 – 16:57

HORIE Kazumasa (Univ. of Tsukuba)

Characteristic wave detection in whole-night PSG signals using deep neural networks.

16:57 – 17:04

TADANO Hiroto (Univ. of Tsukuba)

Performance evaluation of the approach for solving saddle point problems using block structure

17:04 – 17:11

AMAGASA Toshiyuki (Univ. of Tsukuba)

Accelerating big data analysis using GPU and FPGA2

Session 7: Global environment, HPC systems, Convenor: KUSAKA Hiroyuki    【Zoom】

Time

Speaker (Affiliation)

Title

16:15-16:22

 

SATO Takuto

(Univ. of Tsukuba)

Development and Application of Large Eddy Simulation Model Written in the Parallel Computational Code for Urban Areas

16:22 – 16:29

 

NISHI Akifumi

(National Defense Academy)

Numerical simulation of wave clouds caused by local winds

 

16:29 – 16:36

 

TANAKA Hiroshi

(Univ. of Tsukuba)

 

Analysis of Vorticity Budget for a Developing Extraordinary Arctic Cyclone in August 2016

16:36 – 16:43

 

DOAN Quang Van

Future projection for urban extreme precipitation using the Weather Research and Forecast model

16:43 – 16:50

NAKAO Masahiro (RIKEN)

Extension for stencil calculation of parallel language XcalableMP

16:50 – 16:57

HANAWA Toshihiro (The University of Tokyo)

Transprecision Calculation Platform Offloaded on FPGA

16:57 – 17:04

BOKU Taisuke (University of Tsukuba)

GPU+FPGA multi-hybrid accelerated computing

17:04 – 17:11

SANO Kentaro (RIKEN)

Communication Infrastructure for High-Performance FPGA Cluster

17:11 – 17:18

KUDOH Tomohiro (The University of Tokyo)

Real-time high throughput processing: an attempt to implement an NIDS on FPGA and GPU

17:18 – 17:25

KAWASHIMA Hideyuki (Keio University)

An Evaluation of A Parallel Sorting Algorithm

17:25 – 17:32

TAKAHASHI Daisuke (University of Tsukuba)

Automatic Tuning of Computation-Communication Overlap for Parallel 3-D FFT with 2-D Decomposition